F-CL100-D超声波多普勒流速流量仪使用说明书.pdf
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超声波多普勒流速流量仪 F-CL100-D 用户使用说明书 V1.0.0 厦门四信物联网科技有限公司 www.four-faith.com F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 文档修订记录 日期 2023-5-26 版本 V1.0.0 www.four-faith.com 说明 初始版本 作者 产品部 1 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 注：不同型号配件和接口可能存在差异，具体以实物为准。 www.four-faith.com 2 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 著作权声明 本文档所载的所有材料或内容受版权法的保护，所有版权由厦门四信拥有，但注明引用其他 方的内容除外。未经四信公司书面许可，任何人不得将本文档上的任何内容以任何方式进行 复制、经销、翻印、连接、传送等任何商业目的的使用，但对于非商业目的的、个人使用的 下载或打印（条件是不得修改，且须保留该材料中的版权说明或其他所有权的说明）除外。 商标声明 Four-Faith、四信、 、 、 均系厦门四信注册商标，未经事先书 面许可，任何人不得以任何方式使用四信名称及四信的商标、标记。 联系我们 地址：福建省厦门市软件园三期诚毅北大街 57 号 B14 栋 5 层 网址：www.four-faith.com 热线：400-8838-199 电话：0592-5912735 邮编：361021 www.four-faith.com 3 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 目录 第一章 产品简介 .............................................................................................................................5 1.1. 产品概述 ...............................................................................................................................................5 1.2. 技术规格 ...............................................................................................................................................5 1.3. 基本原理 ...............................................................................................................................................5 1.4. 产品尺寸 ...............................................................................................................................................7 1.5. 应用场景 ...............................................................................................................................................8 第二章 设备安装说明 .................................................................................................................... 9 2.1. 端子说明 ...............................................................................................................................................9 2.2. 设备安装 ...............................................................................................................................................9 www.four-faith.com 4 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 第一章 产品简介 1.1. 产品概述 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量计采用超声波多普勒原理测量流速，超声波时差法 或静压法测量水位，通过设定截面，计算流量。设备具有结构紧凑、无转动件、寿命长、使 用简单、免维护的特性，适用于河道、明渠、管道等场景，在线监测水域的流速、水位、温 度、瞬时流量、累计流量。广泛应用于海绵城市、给/排水管网、黑臭水体、自然河流、明 渠、水库、科学研究的流场分析、液位探测等。 1.2. 技术规格 指标 内容 流速范围 ±6 米/秒 流速测量精度 1.0%±1cm/s 温度传感器范围 －25℃～75℃ 水温测量精度 ±0.4℃ 水位测量范围 0m 至 10m 水位测量精度 ±0.1%FS 瞬时流量范围 0.001～65.535 立方米/秒 水位测量范围 0-10m 数据输出 水位、流速、面积、流量等 工作温度 －10℃～60℃ 存贮温度 －20℃～70℃ 水位测量 可内置压力水位计 可外接水位计 测量范围：最大 10m 精度：±0.1%FS 防爆等级 隔爆 Ex ib 防护等级 IP68 工作电压 DC 7-15V 工作压力 最大 6bar 功耗 <0.4W 通讯协议 RS485(标准 modbus 规约),SDI-12、RS-232、RS-422； 渠道模型 圆形/梯形/矩形/非规则均可 外壳材料 工程塑料 传感器尺寸 220*76*38 mm 空气中质量 1.5Kg 水中质量 0.3Kg 可靠性 MTBF >25000h 1.3. 基本原理 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量计是利用声学多普勒效应进行测流的。从设备的换 能器发生一定频率的脉冲，当该脉冲碰到水中的发射物体（如悬浮物质）后产生回波信号， 该回波信号被声学多普勒流速仪接收。悬浮物质会随水流而漂移，从而产生多普勒效应（即 www.four-faith.com 5 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 回波信号额频率与发射信号的频率之间产生一个频差），通过测量得到的多普勒频移可得到 相应点的流速。 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量计安装有换能器，换能器发射的声波能集中于较窄 的范围内也称为声束。假定悬浮物质的运动速度和水体流速相同，当悬浮物质的运动方向是 接近换能器时，换能器接收到回波频率比发射波的频率高；当悬浮物质的运动方向是背离换 能器时，换能器接收的回波频率比发射频率低，根据频差即可得到流速。 Fshift/n=-2*Fsource*(Vn/C) V=f(Vh，D); A=f(D，W); Q=V*A; Fsource：发射的超声波频率（Hz） Fshift/n：第 n 剖面的返回频率改变量（Hz） C：声速（m/s） Vn：反射面的水流速度（m/s） D：水位的高度（m） W：管道直径 A：管道过水面积 Q：管道的总流量（m3/s） www.four-faith.com 6 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 1.4. 应用拓扑 1.5. 产品尺寸 流量计尺寸（单位：mm） 安装底板尺寸（单位：mm） www.four-faith.com 7 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 1.6. 应用场景 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量计采集高质量的剖面数据，采用坐底的安装方式， 借助于智能声波脉冲功能，即使水流条件发生变化，仍然可以获得高分辨率和高质量的流速、 流量、流向、水位等数据。 适用场景： 灌溉渠道 非满管管道 排污口、涵洞等 www.four-faith.com 8 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 第二章 设备安装说明 2.1. 端子说明 序号 端子 颜色 功能 备注 1 12V 红 传感器 12V 供电 范围 9V~36V 2 GND 黑 GND 电源地 3 485A 白 RS485 端口 A 连接对方 RS485 端口 A 4 485B 绿/蓝 RS485 端口 B 连接对方 RS485 端口 B 2.2. 设备安装 2.2.1.安装点的选择 仪器安装位置的选择，不能太靠近闸门或水坝 采样区域尽可能大，安装点所在的直流段长度区域大于 6-10 倍渠宽为最佳 自建安装固定点需要考虑支架的耐水流冲击性 安装位置的有较好的代表性，避开有回流的地方 确认安装点在波束轨迹上无遮挡物 施工前准备： 若需要流量数据，需要在安装施工前知晓设备安装地点的河道断面尺寸图，以计算河道流量； 断面图纸可查询河道建造图纸或人工通过行船测绘。 断面人工测量方法： 工具：带刻度的缆绳（或做标记好刻度的缆绳）；卷尺；测深杆或绳；船体；救生衣；CAD 软件。 方法：即通过缆绳固定船体，沿着缆绳方向移动相等的距离，测量整个断面的水深来描点绘 线成完整的断面图，再测量斜坡或者垂直部分的长度和角度（如下图所示），完成所 有测量的点后可使用 CAD 软件绘制成断面图。 24,28 20 1,6 2,28 6,96 断面尺寸线 水位线 2.2.2.传感器的安装 1. 传感器的安装要求 1) 传感器固定水层距离水面的距离尽量靠近底部，但若渠道底部有淤泥或泥沙沉积需 适当抬高安装高度。 2) 安装时使传感器（即换能器）和水流方向平行安装，且传感器入水后保持水平使换 能器发射波束方向与水流方向成 45 度角。处理方式为传感器固定在安装支架上后 www.four-faith.com 9 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 使用水平尺校准。 3) 传感器线缆需使用波纹管等套管保护固定，定制线缆不支持自行拼接。 4) 针对存在滚石的河道，需要对传感器壳体做保护罩。 2. 安装支架的选择 根据现场河道断面形状、河道硬化情况选择合适的安装支架。一般选择垂直拉伸和斜面 拉伸支架。 根据安装点的断面尺寸，定制合适的支架 定制支架在安装时要求：确保支架的稳固性和长久使用性，一般使用 3mm 厚的不锈钢 SS304 制作，如下示意图。 ！！！注意：传感器安装完成后接线头的气管分子筛不可去除或损坏。 2.2.3. 设备的调试 1. 调试准备 1) 安装完毕后，需要调试。调试前应准备电脑一台、USB 转 RS485 线一根、平头螺 丝刀一个。 2) 连接设备 a)插入 USB 转 RS485 线，连接好 RS485 的 A/B 端。 b)打开电脑，打开调试工具 后，打开软件。然后给设备上电。 3) 调试软件可官网下载或向厂家索取。 注意：设备连接好后，USB-RS485 插入电脑的 U 口。 右击“我的电脑”-选择“管理”-点击“设备管理器”-查看“端口”。记住 USB-RS485 的 COM 口。 www.four-faith.com 10 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 （注：当前电脑仅有 USB-RS485 一个外部设备时，可以不用查看，软件有自动查找串口功 能） 2. 软件介绍 软件包含通讯、数据显示、传感器参数、系数计算、帮助等选项。 (软件界面) 调试步骤 1) 打开“通讯”对话框，选择 RS485 串口号，默认波特率 9600，设备地址 1，显示最大层数 256 层。然后“打开串口”。本界面可设定串口地址及设定显示最大层数，最后关闭窗口。 www.four-faith.com 11 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 2) 打开“系数计算”—“多边形面积计算”对话框，点击“打开文件”导入绘制断面尺寸文件（文 件格式：.pm），实际就是记事本文件，数据以逗号隔开。亦可通过添加点来实现断面 尺寸 然后右边生成剖面图，点击“计算”生成 a1,a2,a3 数据，记录下来，准备填写在步骤 3 面 积修正系数中。点击“退出”。 www.four-faith.com 12 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 (多边形面积系数) 3) 打开“传感器参数”--“ADCP 内置参数设置”， 按键“读取”为读取当前设备内部已经存储的数据， “写入”为写入当前用户修改的数据。写入数 据前请确定要写入的数据值。数据默认不显示，需要查看数据时，点击当前位置后的“读取”。 (ADCP 内置参数设置) 设备通讯地址：外部读取当前设备时的 MODBUS 地址,可修改（范围 1-655） ； 流速 K：流速系数，默认 1。 流速 B：流速基值设定值，默认 0； 水位 K：水位值系数，默认值即可； 水位 B：水位零点修正，默认值即可； 平均数量：流速参与计算数据数量，默认 4； 流速模式 1/2/3：默认为 1 即可。 水位切除高度：低水位测量值流速测量值切除； 安装高度：安装设备下表面距离渠道底部高度； www.four-faith.com 13 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 流速突变最大值：流速突变最大限值； 水位最大值：水位测量设定最大值 面积系数：根本步骤 2 中填入的多边形数据计算出的系数填入。 主数据显示-MODBUS 通讯测试 4) （主数据显示） 启动数据数据采集开关到 ON 串口信息：通讯正常，会显示数据读取正确 平均流速：显示当前水流的平均流速 水位：显示当前水深数据 过水面积：显示当前水深的过水面积 实时流量：显示当前的瞬时流量 累计流量：显示累计流量值 3. 设备的通讯 仪器安装调试完成后需要的数据对接。 本公司设备默认采用标准 MODBUS RS485 协议的自定义规约，若需其他标准请采购时 注明。 自定义规约： 采用 RS485 接口，规约为 MODBUS-RTU。 通讯波特率:9600 1 位起始位，1 位停止位，8 位数据位，无奇偶校验位 设备地址默认为：1 通讯 地址 数据类型 1 16 位无符号整型 2 3 16 位无符号整型 16 位无符号整型 www.four-faith.com 内容 单位 读写 断面平均流速 m/s 只读 数据放大 1000 倍 2 m 只读 数据放大 1000 倍 3 只读 数据放大 1000 倍 过水面积 实时瞬时流量 m /s 14 说明 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 通讯 地址 数据类型 4 16 位无符号整型 流速方向 5 16 位无符号整型 水位 7 16 位无符号整型 温度 27 28 内容 16 位无符号整型 16 位无符号整型 单位 读写 说明 只读 0 正方向，1 反方向 m 只读 数据放大 1000 倍 ℃ 只读 数据放大 100 倍 累积流量高 16 位 3 m 读写 累积流量低 16 位 3 读写 m 高位前低位后 提醒：支持连续读取寄存器地址 报文示例： 发送指令：01 03 00 01 00 05 D4 09（从地址 1 开始读取 5 个寄存器数据） 接收指令：回复:01 03 0A 00 64 00 64 00 64 00 00 03 E8 EA C4 数据解析： 平均流速 00 64=0.1m/s 过水面积 00 64=0.1m2 实时流量 00 64=0.1m3/s 水位 03 E8=1m 发送指令：01 03 00 1B 00 02 B4 0C 接收指令：回复:01 03 04 00 64 00 23 BA 07 数据解析：累计流量值：6553635 m3 设备采用标准 MODBUS 协议，9600 波特率，1 位停止位，无校验。 详细地址表 读取功能码：03H 写入功能码：06H 通讯 地址 1 2 内容 断面平均流速 过水面积 单位 读写 说明 m/s 只读 2 m 只读 3 只读 数据放大 1000 倍 只读 0 正方向，1 反方向 m 数据放大 1000 倍 3 实时瞬时流量 4 流速方向 5 水位 m 只读 数据放大 1000 倍 7 温度 ℃ 只读 数据放大 100 倍 8 程序版本 只读 10 modbus 地址 读写 11 流速 K 读写 数据放大 1000 倍 12 流速 B 读写 数据放大 1000 倍 13 水位 K 读写 数据放大 1000 倍 14 水位 B 读写 数据放大 1000 倍 15 平均数量 读写 6 9 www.four-faith.com 15 Copyright @ Four-Faith 2021 F-CL100-D 超声波多普勒流速流量仪使用说明书 通讯 地址 内容 16 流速模式 17 水位切除高度 18 单位 读写 说明 读写 m 读写 数据放大 1000 倍 面积系数 A1 读写 数据放大 1000 倍 19 面积系数 A2 读写 数据放大 1000 倍 20 面积系数 A3 读写 数据放大 1000 倍 21 安装高度 读写 数据放大 1000 倍 22 流速突变最大值 读写 数据放大 1000 倍 23 序列号 读写 暂时 0-65535 24 序列号备用 25 最大水位 m 读写 数据放大 1000 倍 累积流量高 16 位 m3 读写 累积流量低 16 位 3 读写 26 27 28 m 高位前低位后 写入报文示例 01 06 00 12 00 01 E8 0F 返回：01 06 02 00 96 38 E6 说明：面积系数 A1 写入 150（十进制）“表示半径写入 150mm” www.four-faith.com 16 Copyright @ Four-Faith 2021